第四章 电动系仪表
电动系仪表用于交流精密测量及作为标准表，与电磁系相比最大区别是以可动线圈代替可动铁芯，
可以消除磁滞和涡流的影响，使它的准确度得到提高。另外电动系有固定和可动两套线圈，可以用来测量象功率、电能等这类与两个电量有关的物理量。
电动系仪表是由可动线圈中电流所产生的磁场与一个或几个固定线圈中的电流所产生的磁场相互作用而工作的仪表。
电动仪表驱动装置 =固定线圈 +可动线圈电动系仪表的测量机构电动系仪表的结构
电动系仪表的结构如图所示。固定线圈１分为二段，目的是为了获得较均匀的磁场分布，也便于改换电流量程。可动部分包括可动线圈２、指针３、阻尼翼片４等。它们均固定在转轴５上。游丝６既作为产生反作用力矩又作为引导电流的元件。阻尼力矩由空气阻尼装置产生，图中７为阻尼箱。
若把固定线圈绕在铁心上，就构成铁磁电动系仪表。这种仪表优点是：磁场强、转矩大。但由于铁磁材料的磁滞和涡流损耗，会造成误差。铁磁材料因为存在非线性影响故对铁心材料要求较高，多用于安装式仪表。
电动系仪表的原理
电动系仪表的固定线圈通入直流电流 I1，产生一磁场其磁感应强度为Ｂ 1，若可动线圈通入电流 I2，则可动线圈在磁场中受到电磁力矩 M。并在这个力矩的作用下，驱使它产生偏转，如图所示。
直流时：
上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角与两线圈电流的乘积有关，可测交流。
1 1 2M k B I? 121 IkB?
1 2 1 2 1 2M k k I I k I I
MM
1 2 1 2
k I I K I I
D12D kI I
电动系仪表的原理
上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角与两线圈电流的乘积成比例，
两线圈通入交流时：
2 1 2 1 2
1 2 1 2
1
si n si n( ) [ c os c os( 2 ) ]
2
c os c os( 2 )
m m m mm k i i k I w t I w t k I I w t
k I I k I I w t
co s21 IkIM p?
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D?co s21 IkI
电动系仪表的原理
1 2 1 2c o s c o s
k I I K I I
D
上式表明，如果电动系仪表用来测量交流其指针偏转角 α与两线圈的电流有效值和它们间的相位差余弦的乘积有关。
技术特性
准确度高
可以交直流两用，可精确测量电压、电流、功率还可以测量功率因数、频率、电容、电感和相位差
易受外磁场影响
本身消耗的功率较大
过载能力小
电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀电动系电流表
电流表的指针偏转角 α与电流平方成比例。和电磁系一样，
为了使仪表有足够安匝数，当被测电流为一定时，要求线圈有足够匝数，这就使得内阻和表耗功率都增大，一般电动系仪表内阻比电磁系还大。电动系电流表和电磁系一样，
也不采用分流器扩程，理由与电磁系相同，常用的扩程方法是改变线圈的串并联组合，交流扩程方法则多用互感器。
电动系电压表
在电流表的基础上串联附加电阻构成电动系电压表电动系电压表
电动系电压表可动部分的偏转角与被测电压的平方有关，其标尺同样具有平方特性，为不均匀刻度。
多量限的电动系电压表，主要是利用附加电阻的改变来实现的。附加电阻的接法见图。电动系电压表和电磁系电压表一样，既要保证线圈能产生足够的磁化力，又要尽量减少匝数，以免产生频率误差和温度误差。所以电动系电压表具有较大表耗电流，或者说它的内阻比较小。
有些电压表为了适应较宽频率范围的测量，可采用并联电容Ｃ的办法，如图所示电动系功率表
电动系功率表有两个线圈，其中固定线圈１与负载串联，以反映负载的电流；可动线圈２串接一定的附加电阻，然后与负载并联，以反映负载的电压，其电路见图。
电动系功率表
如果功率表接在直流电路上，则通过线圈１的电流 I 1就等于负载电流Ｉ，通过可动线圈２的电流
I2，在附加电阻和线圈电阻保持不变的情况下，
正比于负载两端的电压Ｕ，即：
U I P
电动系功率表
如果功率表接在交流电路上，并假使附加电阻
Rad较大，并联支路（电压支路）的感抗可略去不计，电流（固定）线圈电流 I1＝Ｉ。又由于并联支路已假定为阻性电路,I2与Ｕ同相，所以 I1
与 I2之间的相位差角 ψ就等于Ｕ与Ｉ之间的相位差 φ，其相量关系见图。
可见，电动系功率表既可用来测量直流功率也可以用来测量交流功率，并且可?用同一刻度。
U I c o s P
多量限电动系功率表多量限电动系功率表
D9-W14多量限电动系功率表，额定值
5/10A； 150/300V
5A,150V量限；功率量限 750W
5A,300V量限；功率量限 1500W
10A,150V量限；功率量限 1500W
10A,300V量限；功率量限 3000W
功率表的选择及使用方法
功率表量限的正确选择
功率表的正确接法必须遵守“发电机端”守则
选择正确的功率表接线方式
正确读取功率表的示值功率表的选择及使用方法
功率表量程包括功率、电压、电流三个因素。功率量程表示负载功率因数 cosφ=1，
电流和电压均为额定值时的乘积。若 cosφ
＜１，即使电压与电流均达额定，功率也不会达到额定值。可见功率表的量程选择，
实则就是选择电流和电压的额定值。在实际测量中，为保护功率表，应接入电流表和电压表，以监视负载电流和电压不超过功率表的额定电压和额定电流。
功率表的选择及使用方法
例：有一感性负载，其功率约为 1000W，功率因数为 0.8，
工作在 220V电路中，如用 D9-W14多量限电动系功率表测量负载实际功率，应怎样选择量限？
解：因负载工作于 220V电路中，故表额定电压量程应选为 300V，负载电流如下
所以功率表应选用 300V,10A量限
若负载工作于 110V电路中，其它条件不变，又应如何？
P 1 0 0 0I = 5,6 8 ( A )
U c o s 2 2 0 0,8
P 1 0 0 0I = 1 1,3 6 ( A )
U c o s 1 1 0 0,8
功率表的正确接线功率表的错误接线功率表的读数低功率因数功率表
低功率因数功率表
低功率表因数功率测量的特殊问题
低功率因数功率表
低功率因数功率表的使用低功率因数功率表第四节 三相交流电路中有功功率的测量
三相交流电路在实际工程上应用很广，因此对三相交流电路进行功率测量由为重要。
三相功率的测量方法：三相交流电路分为完全对称电路 (电源对称、负载对称 )和不对称电路，而不对称电路又分为简单不对称电路 (电源对称，负载不对称 )和复杂不对称电路 (电源和负载都不对称 )。 跟据三相交流电路特点不同，其测量方法也不同。
一表法三相交流电路有功功率的测量
用一表法测量对称三相电路的有功功率。即利用一只单相功率表直接测量三相完全对称的电路中任意一相的功率，然后将其读数乘以 3，便可得出三相交流电路所消耗功率。
但如果被测电路的中点不便于接线，或负载不能断开时，则应按图所示的线路进行测量。图中，
电压支路的非发电机端所接的是人工中点，即该人工中点是由两个与电压支路阻抗 值相同的阻抗接成星形而形成的。
一表法三相交流电路有功功率的测量一表法三相交流电路有功功率的测量两表法三相交流电路有功功率的测量两表法三相交流电路有功功率的测量
（１）两只功率表的电流线圈分别串接任意两相，
但电流线圈的发电机端必须接到电源侧；
（２）两功率表的电压线圈的发电机端，必须分别接到各自电流线圈所在的相上，而另一端接在公共相上。
只要是三相三线制（ ia+ib+ic=0），不论负载是否对称，两功率表读数之和等于三相总功率。
P=P1+P2
两只表的读数无任何意义两表法三相交流电路有功功率的测量
用两只功率表的读数计算无功功率的方法
用两只有功功率表的读数计算功率因数的方法
但是必须注意，以上方法只适用于完全对称的三相电路。而且，若有功功率因数较高时，两只表的读数将十分接近，由第一章可知，这时可能带来相当大的运算误差。
3 ( 2 1 )Q P P
3 ( 2 1 )
12
Q P Ptg
P P P?
三表法三相交流电路有功功率的测量三相有功功率表
二元件三相功率表三相有功功率表
三元件三相功率表第五节 三相交流电路中无功功率的测量
'3QQ
90跨相三相交流无功功率的测量
90跨相三相交流无功功率的测量
1 2 3
3 ()
3Q Q Q Q
90跨相三相交流无功功率的测量
适用于电路完全对称情况。
IP防护等级的意义
IP防护等级的意义
IP防护等级的意义
IP防护等级的意义
电动系仪表用于交流精密测量及作为标准表，与电磁系相比最大区别是以可动线圈代替可动铁芯，
可以消除磁滞和涡流的影响，使它的准确度得到提高。另外电动系有固定和可动两套线圈，可以用来测量象功率、电能等这类与两个电量有关的物理量。
电动系仪表是由可动线圈中电流所产生的磁场与一个或几个固定线圈中的电流所产生的磁场相互作用而工作的仪表。
电动仪表驱动装置 =固定线圈 +可动线圈电动系仪表的测量机构电动系仪表的结构
电动系仪表的结构如图所示。固定线圈１分为二段，目的是为了获得较均匀的磁场分布，也便于改换电流量程。可动部分包括可动线圈２、指针３、阻尼翼片４等。它们均固定在转轴５上。游丝６既作为产生反作用力矩又作为引导电流的元件。阻尼力矩由空气阻尼装置产生，图中７为阻尼箱。
若把固定线圈绕在铁心上，就构成铁磁电动系仪表。这种仪表优点是：磁场强、转矩大。但由于铁磁材料的磁滞和涡流损耗，会造成误差。铁磁材料因为存在非线性影响故对铁心材料要求较高，多用于安装式仪表。
电动系仪表的原理
电动系仪表的固定线圈通入直流电流 I1，产生一磁场其磁感应强度为Ｂ 1，若可动线圈通入电流 I2，则可动线圈在磁场中受到电磁力矩 M。并在这个力矩的作用下，驱使它产生偏转，如图所示。
直流时：
上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角与两线圈电流的乘积有关，可测交流。
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电动系仪表的原理
上式表示，电动系仪表测量直流时，其可动部分的偏转角与两线圈电流的乘积成比例，
两线圈通入交流时：
2 1 2 1 2
1 2 1 2
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电动系仪表的原理
1 2 1 2c o s c o s
k I I K I I
D
上式表明，如果电动系仪表用来测量交流其指针偏转角 α与两线圈的电流有效值和它们间的相位差余弦的乘积有关。
技术特性
准确度高
可以交直流两用，可精确测量电压、电流、功率还可以测量功率因数、频率、电容、电感和相位差
易受外磁场影响
本身消耗的功率较大
过载能力小
电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀电动系电流表
电流表的指针偏转角 α与电流平方成比例。和电磁系一样，
为了使仪表有足够安匝数，当被测电流为一定时，要求线圈有足够匝数，这就使得内阻和表耗功率都增大，一般电动系仪表内阻比电磁系还大。电动系电流表和电磁系一样，
也不采用分流器扩程，理由与电磁系相同，常用的扩程方法是改变线圈的串并联组合，交流扩程方法则多用互感器。
电动系电压表
在电流表的基础上串联附加电阻构成电动系电压表电动系电压表
电动系电压表可动部分的偏转角与被测电压的平方有关，其标尺同样具有平方特性，为不均匀刻度。
多量限的电动系电压表，主要是利用附加电阻的改变来实现的。附加电阻的接法见图。电动系电压表和电磁系电压表一样，既要保证线圈能产生足够的磁化力，又要尽量减少匝数，以免产生频率误差和温度误差。所以电动系电压表具有较大表耗电流，或者说它的内阻比较小。
有些电压表为了适应较宽频率范围的测量，可采用并联电容Ｃ的办法，如图所示电动系功率表
电动系功率表有两个线圈，其中固定线圈１与负载串联，以反映负载的电流；可动线圈２串接一定的附加电阻，然后与负载并联，以反映负载的电压，其电路见图。
电动系功率表
如果功率表接在直流电路上，则通过线圈１的电流 I 1就等于负载电流Ｉ，通过可动线圈２的电流
I2，在附加电阻和线圈电阻保持不变的情况下，
正比于负载两端的电压Ｕ，即：
U I P
电动系功率表
如果功率表接在交流电路上，并假使附加电阻
Rad较大，并联支路（电压支路）的感抗可略去不计，电流（固定）线圈电流 I1＝Ｉ。又由于并联支路已假定为阻性电路,I2与Ｕ同相，所以 I1
与 I2之间的相位差角 ψ就等于Ｕ与Ｉ之间的相位差 φ，其相量关系见图。
可见，电动系功率表既可用来测量直流功率也可以用来测量交流功率，并且可?用同一刻度。
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多量限电动系功率表多量限电动系功率表
D9-W14多量限电动系功率表，额定值
5/10A； 150/300V
5A,150V量限；功率量限 750W
5A,300V量限；功率量限 1500W
10A,150V量限；功率量限 1500W
10A,300V量限；功率量限 3000W
功率表的选择及使用方法
功率表量限的正确选择
功率表的正确接法必须遵守“发电机端”守则
选择正确的功率表接线方式
正确读取功率表的示值功率表的选择及使用方法
功率表量程包括功率、电压、电流三个因素。功率量程表示负载功率因数 cosφ=1，
电流和电压均为额定值时的乘积。若 cosφ
＜１，即使电压与电流均达额定，功率也不会达到额定值。可见功率表的量程选择，
实则就是选择电流和电压的额定值。在实际测量中，为保护功率表，应接入电流表和电压表，以监视负载电流和电压不超过功率表的额定电压和额定电流。
功率表的选择及使用方法
例：有一感性负载，其功率约为 1000W，功率因数为 0.8，
工作在 220V电路中，如用 D9-W14多量限电动系功率表测量负载实际功率，应怎样选择量限？
解：因负载工作于 220V电路中，故表额定电压量程应选为 300V，负载电流如下
所以功率表应选用 300V,10A量限
若负载工作于 110V电路中，其它条件不变，又应如何？
P 1 0 0 0I = 5,6 8 ( A )
U c o s 2 2 0 0,8
P 1 0 0 0I = 1 1,3 6 ( A )
U c o s 1 1 0 0,8
功率表的正确接线功率表的错误接线功率表的读数低功率因数功率表
低功率因数功率表
低功率表因数功率测量的特殊问题
低功率因数功率表
低功率因数功率表的使用低功率因数功率表第四节 三相交流电路中有功功率的测量
三相交流电路在实际工程上应用很广，因此对三相交流电路进行功率测量由为重要。
三相功率的测量方法：三相交流电路分为完全对称电路 (电源对称、负载对称 )和不对称电路，而不对称电路又分为简单不对称电路 (电源对称，负载不对称 )和复杂不对称电路 (电源和负载都不对称 )。 跟据三相交流电路特点不同，其测量方法也不同。
一表法三相交流电路有功功率的测量
用一表法测量对称三相电路的有功功率。即利用一只单相功率表直接测量三相完全对称的电路中任意一相的功率，然后将其读数乘以 3，便可得出三相交流电路所消耗功率。
但如果被测电路的中点不便于接线，或负载不能断开时，则应按图所示的线路进行测量。图中，
电压支路的非发电机端所接的是人工中点，即该人工中点是由两个与电压支路阻抗 值相同的阻抗接成星形而形成的。
一表法三相交流电路有功功率的测量一表法三相交流电路有功功率的测量两表法三相交流电路有功功率的测量两表法三相交流电路有功功率的测量
（１）两只功率表的电流线圈分别串接任意两相，
但电流线圈的发电机端必须接到电源侧；
（２）两功率表的电压线圈的发电机端，必须分别接到各自电流线圈所在的相上，而另一端接在公共相上。
只要是三相三线制（ ia+ib+ic=0），不论负载是否对称，两功率表读数之和等于三相总功率。
P=P1+P2
两只表的读数无任何意义两表法三相交流电路有功功率的测量
用两只功率表的读数计算无功功率的方法
用两只有功功率表的读数计算功率因数的方法
但是必须注意，以上方法只适用于完全对称的三相电路。而且，若有功功率因数较高时，两只表的读数将十分接近，由第一章可知，这时可能带来相当大的运算误差。
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三表法三相交流电路有功功率的测量三相有功功率表
二元件三相功率表三相有功功率表
三元件三相功率表第五节 三相交流电路中无功功率的测量
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90跨相三相交流无功功率的测量
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90跨相三相交流无功功率的测量
适用于电路完全对称情况。
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IP防护等级的意义
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